氢氧化镍电极材料的研究发展

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1、氢氧化镍电极材料的研究进展进入21世纪以来，随着能源危机的加剧以及各种移动用电设备的普及，对比能量高、循环性能好、环境污染小的化学电源有了越来越高的需求，其中镍氢电池能够较好地满足上述要求。镍氢电池以其功率密度高、安全、环保等优点，在动力电源领域得到十分广泛的应用。如今氢氧化镍电极材料的研究已经在许多的方面有了很大的发展。以下是氢氧化镍电极发展的几个方面蓄电池是一种性能优良的碱性蓄电池，它被广泛地用于导弹、火箭以及人造地球卫星的能源系统。随着Cd-Ni蓄电池应用范围的不断扩大，人们发现其正极性能的改进和提高成为不容忽视的问题。因为Cd-Ni蓄电池的性能常常受制于正极———氢氧化镍电

2、极,因此制备出高性能的镍电极便成为人们日益关注的焦点目前有三种比较典型的反应机理。1中间态机理鲍尔苏克夫等人认为镍电极是通过中间态阶段顺利进行充放电过程的。在镍电极充电过程中，Ni(OH)2失去一个电子而形成不稳定的中间态离子（Ni(OH)2）；随后Ni(OH)2快速分解为NiOOH和H+；最后H+转入层间，与层间的OH-进行中和反应生成层间水。放电过程则与上述相反。2质子扩散机理根据质子扩散机理，在镍电极进行阳极过程时，Ni(OH)2在固相内的活化点被氧化成NiOOH，同时释放出质子H+；接着H+扩散，通过固相到达固液界面，并与界面处的OH-离子中和生成界面水；最后界面水扩散到电

3、解质溶液里。镍电极阴极过程则与上述相反。3氢氧根离子嵌入机理CarbonioRE等人采用动电位扫描法进行研究后，提出了OH-嵌入机理。他们认为随着氧化反应的进行，H+从导电基体与Ni(OH)2的界面处不断地通过Ni(OH)2层向液体界面扩散；同时溶液界面处的OH-嵌入固相中，与H+结合生成水而停留在Ni(OH)2的层间。整个反应生成的H2O不断向固相渗透，致使层间距不断扩大，整个反应受OH-的扩散控制。普通镍电极的应用及制备1袋式镍电极镍电极的最初形式是将粉末状的活性物质及导电剂（如石墨）封闭在由穿孔钢带加工而成的条状袋中，并叠在一起制成的袋式镍电极，也称有极板盒式镍电极。它具有寿

4、命长、荷电保持能力好，但比容量较低、大电流放电性能不好等特点，目前仍有使用。1908年的Eison以一系列专利阐述了管式镍电极的结构，即用管状结构取代袋式结构，以间隔的镍箔取代石墨作导电剂，从而使电极的寿命得到了保障2塑料粘结式镍电极该电极是20世纪70年代为简化镍电极生产工艺和降低镍制作成本而发展起来的，随着Zn-Ni电池和MH-Ni电池的发展逐渐趋于成熟。其制备方法由于采用的粘结剂不同而有三种工艺：成膜法、热压法和刮浆法。它具有大电流充放性能差、电极寿命较短等缺点3烧结式镍电极多孔烧结镍基体是将高纯度镍粉在900高温条件下烧结到穿孔镀镍钢带上，形成多孔导电基体。这种导电基体孔率

5、高、稳定性好。纳米级氢氧化镍的制备方法据制备原理的不同粗略可分三类。1提高过饱和度以增大分散度等的原理据VonWeiman¾¬验公式：V=K•(Q-S)•S-1，分散度V与沉淀开始时的瞬间过饱和度(Q-S)成正比，比例系数K与沉淀物的性质、介质和温度等有关，式中S为溶解度。由于Ni(OH)2等金属氢氧化物属无定型晶体，V大，粒径小，易形成纳米级晶体。以此原理制备的纳米级Ni(OH)2有形式多样的水热法。田周玲等用水热直接法时，详细讨论了温度、pH、熟化时间和水热高压釜填充度等对Ni(OH)2纳米晶大小、形貌的影响。陈德良[4]把无定形Ni(OH)2沉淀洗涤后分散在乙醇中，于160℃

6、热处理24h，得到直径(2.0±0.5)nm,长(22±5)nm的细针结晶。赵力的草酸盐沉淀转化法[5]中加入Tween-80，使Ni(OH)2晶粒被表面活性剂包裹，有效地抑制了晶粒的增大和团聚。还有加乙二胺[6]等配合剂的称配合法，具有结晶过程可控性强的特点。为了提高晶相的均匀度，还有加尿素等的均相法[7]，以及张秀英等的离子交换法[8]。水热法研究较多，工艺条件探讨较成熟，粒径形貌易于控制，是最有实际意义的制法之一，尤其适用于纯Ni(OH)2的制备。但由于掺杂元素氢氧化物与Ni(OH)2的饱和度差异，共沉积制备掺杂Ni(OH)2时，掺杂元素在晶相中的分布均匀性较难控制。2微区域

7、结晶的原理创造条件让生成Ni(OH)2反应限制在微区域内，只能生成纳米级微晶。如微乳液法(或称反相胶束法)、低温固相法、模板法等。2.1微乳液法乳状液由表面活性剂、助剂、有机相和水组成。其中水相以微小球体被表面活性剂均匀分散在有机相中，虽微乳球之间互不相连，但剧烈搅拌或微波作用或加热时，微乳球具类似生物细胞的自组织和自复制功能[9]，微球内物相可接触反应。由于微乳球径可控制在几十纳米范围，使Ni(OH)2在微区域内的沉淀粒径小至纳米级。且粒径可通过改变微乳液的组成、温